公路桥梁养护管理系统的开发与应用

关键词:公路桥梁,养护,管理系统,信息系统,决策　　

公路网络是现代交通的重要组成部分,承担着地区间各种资源的迅速流通功能,是国民经济发展的必要基础设施。西方发达国家大多于20世纪中期开始进行大规模的高等级公路和高速公路建设,至今已形成了完善的公路网络体系,与之相对应的是公路养护尤其是公路桥梁的养护加固工作量巨大,成为公路建设的重要方面。

随着国家经济的迅猛发展,我国的公路桥梁建设也正逐步完善,但由于材料老化、环境恶化、交通量增大以及车载增加等因素,国内的公路桥梁对养护的要求也越来越高。如何及时准确的掌握现役桥梁的运营状态,如何合理有效的分配有限的养护资金,这些问题成为公路桥梁有效养护管理的关键,而桥梁养护管理系统正变得越来越重要[2]。

1　桥梁养护管理系统的功能桥梁管理系统是关于桥梁基本数据、桥梁检测、状态评估、结构退化预测、维护对策和计划[3],主要针对特定的地区或国家、特定路线、某种类型桥梁群体分析的计算机信息系统。桥梁管理系统通常分为网络级和项目级两类。网络级管理系统是从宏观角度出发,其主要目的是确定网络上各桥梁状态、合理分配预算维护资金以及确保桥梁网络交通处在一个可接受的服务水平。项目级管理系统是以某个独立的桥梁或桥梁组成部分为对象,从技术和经济角度分析养护方案的系统,它的主要目的是为管理部门对某一工程进行技术决策时提供对策,帮助制订合理、详细的维护计划,项目级管理系统可作为网络级管理系统的某一个组成部分。项目级与网络级管理系统重要区别在于维护优化方面,项目级管理系统主要考虑桥梁本身的缺损、维护措施效果、维护时机和相关费用;而网络级管理系统是从保证整个交通网络的交通质量出发,综合考虑除结构退化和维护措施因素以外的其他因素,如交通量、道路等级、相关道路、政治因素等。综合性的桥梁养护管理系统应同时从微观至宏观相互协调,才能发挥出桥梁管理系统的作用。桥梁管理系统是桥梁管理与现代科学技术相结合的产物,它是在综合运用系统分析、运筹学、经济学、工程技术和计算机技术的同时,考虑技术、经济、社会和政治等方面的因素,来协调桥梁管理矛盾,寻求桥梁管理中费用—效益最优的决策方案。桥梁管理系统的发展可以分为两个阶段:

1)桥梁数据库管理系统,主要部分是一个庞大的数据库系统,存储桥梁的各种数据,并提供查询、检索等基本服务,其功能和结构相对都比较简单,它作为记录桥梁信息档案的一种电子工具,只能帮助管理者进行辅助决策。这一阶段的代表是1968年美国FWHY开发的世界上第一个桥梁管理系统“国家桥梁档案数据库”。它采用了数据文件形式,但具有初步的辅助决策功能。

2)在桥梁数据库管理系统的基础上增加了桥梁技术状况评价,中长期需求预测及费用分析和优先排序,养护加固维修计划决策等功能,其结构日趋复杂,各种功能更加适合于辅助桥梁管理者作出决策。

2　桥梁养护管理系统的兴起与发展

2.1　国外桥梁养护管理系统的发展1967年12月15日,美国俄亥俄州一座悬索桥吊钩脆性破坏。1971年美国颁布了桥梁检测标准(NBIS),该标准要求对全美6.1 m以上桥梁进行资产管理,并要求至少两年一次由专人进行桥梁定期检查,美国由此进入了规范化桥梁管理阶段。美国联邦公路管理局(FHWA)开发的国家桥梁档案数据库是桥梁管理系统(BMS)的雏形,初步具有了辅助决策功能。美国各州在FH-WA的认可下,相继开发了各自的桥梁数据采集系统软件,拥有了地区级的BMS。但为了合理的分配资金,必须有一套标准化的管理系统———由FHWA投资,CSAOO公司为顾问,加利福尼亚等州交通局参与开发的POINTS桥梁管理系统应运而生,该系统运用动态整数规划法、概率条件状态劣化模型等手段处理桥梁数据,为预测桥梁未来管理和改建需要而服务。目前,POINTS由美国州际公路与运输协会(AASHTO)管理,并移交给40个州的交通局使用。POINTS在美国并未被强制使用,某些不愿意接受POINTS的州仍可使用自己的BMS。继美国之后,西方发达国家纷纷研究开发自己的桥梁养护管理系统,目前桥梁管理系统的研发在许多发达国家已比较成熟。在亚洲,较为典型的管理系统有日本的道路公用桥梁管理系统、韩国的SHBMS等。这些管理系统拥有数据库管理、技术状况评价、需求预测、优先排序等功能,在相关学科发展的带动下,增加了维护决策功能的先进管理模块,即制订维护策略、进行维护优化等,使得桥梁管理系统功能更强大,引起了许多桥梁管理者的强烈兴趣[4]。

2.2　国内桥梁养护管理系统的发展我国的桥梁养护工作以往得到的重视不够,近年来公路管理部门对桥梁养护工作逐渐关注,出台了一系列文件以加强桥梁养护的管理。1991年交通部颁发了《公路桥梁养护管理工作制度》,明确了桥梁养护相关规定。2001年交通部印发了《公路科学养护与管理发展纲要》(2001年~2010年),纲要中首度提到了“建养并重、加强管理”的方针和“以人为本”的思想。并提出了2005年基本消灭国省干线公路危桥的艰巨任务。2001年交通部发布了《关于进一步加强桥梁养护管理工作的通知》。2003年建设部发布了《城市桥梁检测和养护维修管理办法》,办法要求:城市桥梁质量保修依照《建设工程质量管理条例》有关规定执行,并特别指出:“由政府投资建设但已经出让经营权的城市桥梁,或者由企业投资建设的城市桥梁,在经营期限内,由获得经营权的企业负责养护维修。经营期满后,按照设计荷载标准以及相关技术规范,经检测评估确认合格后,方可交还城市人民政府管理。”在我国关于桥梁管理系统的研究起步较晚,目前应用较多的是交通部开发的CBMS[5],即中国公路桥梁管理系统。该系统的研究始于1986年,四川省公路研究所、广东省公路研究所、北京市公路局和上海市公路处等单位一起参与了研发。1992年,CBMS V I.0版问世,1993年由交通部立项推广,其后历经了多次版本改进,最终发展到目前的CBMS 2000版。CBMS 2000系统由6个子系统构成:1)数据管理;2)统计查询;3)评价决策;4)费用模型;5)维修计划;6)GIS应用。子系统3)中,采用了AHP层次分析法、模糊评判法、DSS人工智能决策建模;子系统4)可自动完成对单桥维修的各种费用计算,并提供费率修改;子系统5)提供了“桥梁维修排序”“桥梁检查计划”“年度养护报告”等功能。CBMS现已覆盖到全国32个省(区、直辖市)、400余个地市;入库桥梁近10万座。1995年~1998年,同济大学开发了基于GIS平台的上海市桥梁管理系统。

该系统是我国第一个城市桥梁管理系统,其部分功能涉及到桥梁养护管理问题,如可依据桥梁的技术状况预估模型,作出养护需求分析并制订出桥梁维修计划。上海市公路路面—桥梁管理系统对桥梁养护亦有所涉及,其桥梁管理子系统包含了桥梁现状评价、桥梁养护维修需求分析、桥梁维修改造项目计划3个部分。2000年5月,海沧大桥养护管理系统(BMMS)问世并投入使用。该系统由厦门路桥管理公司与丹麦公路局等单位共同开发,采用基于ISO 9002的规范化管理模式,分为编目、交通操作、技术操作等八大模块,将特大型桥梁的养护管理任务划分为桥梁结构、附属设施、交通操作三大部分,建立了一整套完备的桥梁养护管理制度。

3　桥梁养护管理系统的发展方向目前桥梁养护管理系统已经在世界各国的桥梁管理工作中得到应用,在我国也正发挥着越来越重要的作用,但我国近年来迅速发展的公路运输以及迅速增长的车辆保有量对桥梁的安全运营形成了更大的冲击,也对桥梁养护管理系统提出了更高的要求。今后桥梁养护管理系统需要在如下方面进一步发展:1)建立更为严格完善的桥梁养护标准和更为客观详细的桥梁评价标准;2)建立实用桥梁维修加固计算机系统的基础是桥梁数据的数量和质量,因此有必要建立合理的桥梁数据采集规程,将数据规范化。并且研究现代化的桥梁数据采集方式,能够快速、方便、可靠地采集该系统中的各项所需数据;3)建立智能型的病害原因分析系统和更为具体的养护维修决策系统;4)对于多目标决策技术,随着目标和约束条件的增多,对于求解过程必然增加了难度,需要探讨其他更加有效的方法。

参考文献:

[1]　冯　江,石永燕,江越胜.桥梁管养信息系统的开发[J].公路交通科技,2006(6):92-94.

[2]　JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].

[3]　刘盛远.公路桥梁养护管理的探究[J].建筑经济开发,2006,33(7):155-156.

[4]　戴宇文,胡利文.桥梁构件维护决策支持模型[J].水运工程,2005,380(9):75-77.

[5]　曾庆平.CBMS在公路桥梁养护管理中的作用[J].交通科技与经济,2006,37(5):71-72.

[6]　王景存.桥梁养护管理的思考[J].山西建筑,2006,32(1):100-101.